Une histoire des plastiques dans l’ingénierie automobile

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Les plastiques sont un matériau populaire dans l’ingénierie automobile en raison de leur légèreté et de leur faible coût. La moindre résistance par rapport aux métaux peut être compensée en utilisant des polymères hautes performances ou en combinant des plastiques avec des fibres de verre ou de carbone. Les composants sont fabriqués par moulage par injection.

Les plastiques existent depuis plus longtemps que les voitures. Le premier thermoplastique, appelé Parkesine, a été présenté par Alexander Parkes à l'Exposition universelle de 1862 à Londres. Il s'agissait d'un nitrate de cellulose développé sur une base naturelle et destiné à remplacer l'ivoire. En 1886, plus de vingt ans plus tard, Carl Benz présenta la première voiture, la Benz Patent-Motorwagen Nummer 1 (voiture automobile brevetée n° 1). Il était fait de bois et de métal.

Le plastique a finalement été accepté pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque l’acier était fortement rationné. En 1941, Henry Ford tenta de fabriquer une voiture entièrement en plastique. Il a fallu encore dix ans pour atteindre la production en série. Depuis la production de la Ford Model T en 1951, le plastique est présent dans les voitures du monde entier.

Outre les métaux, les plastiques sont un matériau largement utilisé dans les automobiles. Les plastiques sont plus légers, réduisant ainsi le poids total de la voiture et donc la consommation de carburant. Ils sont également moins chers et plus résistants à la corrosion que les métaux. Le processus de moulage par injection permet de produire des formes complexes en un seul cycle de production.

Cependant, les plastiques présentent un inconvénient majeur par rapport aux métaux : leur résistance mécanique, chimique et thermodynamique est plus faible. Pour augmenter cette force, différentes options sont disponibles. Il existe aujourd’hui de nombreux polymères techniques à hautes performances, comme le polyétheréthercétone (PEEK). Le PEEK présente une résistance élevée aux températures et aux produits chimiques et convient donc aux joints, vannes ou composants électriques.

Une autre façon d’augmenter la résistance consiste à combiner les plastiques avec des matériaux ayant de meilleures propriétés mécaniques. Lorsque le matériau de remplissage atteint une fraction volumique allant jusqu'à 85 pour cent, on parle de plastique hautement chargé. Si le matériau de remplissage est constitué de fibres, les polymères sont dits renforcés par des fibres. Si les fibres mesurent plusieurs millimètres de long, le composite est appelé thermoplastique renforcé de fibres longues (LFRT). Les fibres de charge longues typiques sont les fibres de verre ou de carbone.

Un plastique populaire utilisé dans les intérieurs de voitures est le polycarbonate (PC). Le PC est transparent et est utilisé pour les interrupteurs et les tableaux de bord. Le polyuréthane (PU) est souvent utilisé pour les coussins de siège, les accoudoirs et les panneaux de porte. Il est doux, flexible et confortable, présente une bonne résistance à l’abrasion et peut être produit en différentes couleurs et textures.

Une proportion élevée de fibres de verre dans le polypropylène (PP) améliore la ténacité et la résistance des composants. Il est souvent utilisé pour des applications intérieures telles que les tableaux de bord, les panneaux de porte et les cadres de sièges ou dans les composants de carrosserie. Le polyamide (PA) renforcé de fibres de carbone présente une résistance élevée à la traction et à la température. Il est donc particulièrement adapté aux applications dans le compartiment moteur, telles que les boîtiers de filtres à air.

Dans le processus direct, les fibres de remplissage sont introduites dans le plastique fondu juste avant le processus de moulage par injection. Cela permet d'ajuster individuellement la longueur des fibres, la proportion et la combinaison de matériaux pour chaque composant, en fonction du défi de l'application. Le processus de mélange du polymère et de la fibre est appelé mélange. La partie difficile consiste à maintenir la longueur des fibres, car les avantages mécaniques sont perdus si les fibres se cassent avant la création du composant. Tous les déchets peuvent être traités en interne en granulés et réutilisés. C’est ce qu’on appelle le recyclage pré-consommation.

* Dennis Kottmann est le directeur marketing de Surplex.

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